Degradacija PFA med postopkom reaktivacije aktivnega oglja
Jul 31, 2025
Pustite sporočilo
Razlog za aktiviranje aktiviranega oglja
UporabaAktivirani ogljikZa odstranitev PFA iz vode je potrebna pogostejša reaktivacija aktiviranega ogljika. Pod kisikom - brez atmosfere pri temperaturah 500 stopinj in več se tipične snovi, kot sta PFOA in PFO, popolnoma odstranijo iz aktivnega ogljika in se lahko razgradijo. To pomaga rešiti vprašanje "za vedno kemikalije". Vendar se nekateri produkti razgradnje tvorijo pri nižjih temperaturah, zato je post - obdelava pretoka plina med postopkom ogrevanja ključnega pomena. Pogostejša reaktivacija zahteva znatno porabo energije, pa tudi dodatno porabo prevoza in surovin, s čimer se poveča ogljični odtis industrij, kot je proizvodnja pitne vode.
Večina postopkov čiščenja vode, kot so prezračevanje, koagulacija/flokulacija/padavine, hitra filtracija, mehčanje, (napredna) oksidacija in počasna filtracija peska, je neučinkovita pri odstranjevanju na - in polifluoroalkilne snovi (PFA). V nasprotju s tem ima adsorpcija z uporabo zrnatega aktiviranega ogljika (GAC) ali v prahu aktiviranega oglja (PAC) visoko učinkovitost pri odstranjevanju PFAS in je trenutno najpogosteje uporabljena tehnologija odstranjevanja PFAS poleg membranske filtracije. Obe metodi lahko učinkovito adsorbirajo PFA iz vode, vendar jih ne moreta razgraditi. Zato je treba sprejeti ukrepe, da preprečimo, da bi adsorbirani PFA re - čim bolj vstopili v okolje.
Na učinkovitost odstranjevanja PFA vpliva njihova kemijska struktura in obremenitev organskih spojin na aktiviranem ogljiku. Dolgi - verižni PFA (z dolžino ogljikove verige večje ali enake 6 ogljikovim atomom) imajo močnejše adsorpcijske lastnosti v primerjavi s kratkimi - verižnimi PFA, tako kratki - verižni PFA se običajno razgradijo hitreje. Pogoste vrste PFA vključujejo sulfonske kisline (na primer perfluorooktanesulfonske kisline, PFOS) in karboksilne kisline (kot so perfluorooktanojska kislina, PFOA). Sulfonske kisline imajo boljšo adsorpcijsko zmogljivost kot karboksilne kisline, medtem ko imajo razvejane - verižne PFA na splošno inferiorne adsorpcijske učinke v primerjavi z ne - razvejanimi PFA.
Ko se aktivirani filter ogljika prebije (tj. Njegova adsorpcijska sposobnost je nasičena), mora GAC opraviti zdravljenje z reaktivacijo. V ta namen se nasičeni GAC prenaša v reaktivacijske zmogljivosti dobaviteljev aktivnega ogljika za obdelavo. Običajno se uporablja več - peči (vrsta navpične kalcinske peči), kjer se GAC adsorbira z onesnaževalcem nahrani z vrha. Postopek zdravljenja vključuje naslednje korake: najprej sušenje GAC pri 105 stopinjah, nato pa ga piroliziranje pri 650 - 850 stopinj za odstranjevanje nečistoč in končno ponovno aktivira v atmosferi brez kisika pri 800-900 stopinj, da bi ponovno vzpostavili adsorpcijsko aktivnost površine aktiviranega ogljika [1]. Plin, ustvarjen med postopkom reaktivacije, se zbira prek sistema za lov in se večkrat segreva in oksidira v zunanjem prisilnem gorilniku pri visoki temperaturi nad 1000 stopinj. Plin se nato očisti v plinskem čistilcu in trdni delci so ujeti. Obdelani čisti aktivirani ogljik se odvaja z dna peči in ga je mogoče ponovno uporabiti v aplikacijah, kot je proizvodnja pitne vode.
Med postopkom reaktivacije se PFA podvržejo različnim spremembam, vključno z odstranitvijo, uničenjem, preobrazbo in mineralizacijo. Kadar PFA na GAC ne zaznajo, to kaže, da so bili PFA "odstranjeni". Vendar to ne pomeni, da je končna usoda PFAS jasna - se lahko preoblikuje z izhlapevanjem, razgradnjo ali mineralizacijo. Med uničenjem PFA se starševske molekule razgradijo in izginejo. Če je razgradnja nepopolna, se lahko ustvarijo izdelki za transformacijo in tvorijo se lahko celo druge vrste PFA, ki so lahko tudi okoljsko strupene. Zato je ključnega pomena, da natančno ocenimo stopnjo razgradnje in ali se proizvajajo produkti transformacije. Prisotnost izdelkov za transformacijo je mogoče preveriti s sumljivo analizo znanih ali pričakovanih izdelkov ali s ciljno analizo, ki ni -. Če so PFA popolnoma degradirani, tj. Dosežemo mineralizacijo, vse C - f se porušijo, ki ustvarjajo fluorid. Fluorid nato reagira z vodo ali kalcijem, da tvori vodikov fluorid (HF) ali kalcijev fluorid (CAF₂), s čimer zmanjša nevarnost za okolje. Preostali deli molekul PFAS se pretvorijo v ogljikov dioksid (Co₂) ali vodo (H₂O).
Čeprav postopek mineralizacije poveča porabo surovin in energije, pomaga rešiti problem onesnaževanja "za vedno kemikalij" v okolju s popolnoma razpadom PFA v ne - strupene elemente (kot so fluorid, co₂ in H₂o) [1]. Z merjenjem koncentracije fluoridnih ionov lahko poskusite vzpostaviti masno ravnovesje, da se preveri, ali so PFA popolnoma mineralizirani. Teoretično je treba popolnoma mineraliziran PFA 100% pretvoriti v zaznavne fluoridne ione. Vendar pa se v praksi preverjanje tega procesa običajno sooča z izzivi, deloma tudi zato, ker je mejo analitične zaznave fluorida relativno visoka (običajno približno 20 µg/L), medtem ko je koncentracija PFA v vodi pogosto na nanogramu na nanogram na liter (Ng/L), kar otežuje analizo.
Znano je, da ima zrnati aktivirani ogljik (GAC) katalitični učinek na mineralizacijo na - in polifluoroalkilne snovi (PFA) v ogrevalnih pogojih. Watanabe in sod. (2018) [2] conducted studies in an oxygen-free nitrogen (N₂) atmosphere at 700℃and found that the fluoride generation rates during the mineralization of perfluorooctanoic acid (PFOA), perfluorohexanoic acid (PFHxA), and perfluorooctanesulfonic acid (PFOS) were 30%, 46% oziroma 72%. Ko so PFA adsorbirali na GAC, se je stopnja nastajanja fluorida znatno povečala na 51%, 74%in 70%. Poleg tega so se po dodajanju natrijevega hidroksida v stolpec z reaktivacijo stopnje nastajanja fluorida še izboljšale na 74%, 91%in 90%, preostala količina originalnih komponent PFAS pa je padla na manj kot 1%. Ti rezultati kažejo, da ima GAC pomembno vlogo v procesu mineralizacije PFA. Vendar je za učinkovito uporabo ključnega pomena, da globoko razumemo fizikalno -kemijske procese, ki se dogajajo na površini GAC. GAC lahko učinkovito "zadrži" PFA, dokler stolpec z reaktivacijo ne doseže temperature, primerne za mineralizacijo. Poleg termokemijskih reakcij bodo fizikalno -kemijske lastnosti GAC (na primer površinske pora strune in kemična aktivnost) pomembno vplivale na učinkovitost mineralizacije PFA [1].
Če pride do odstranitve ali uničenja PFA -jev brez popolne mineralizacije, se lahko PFA ali njihovi degradacijski produkti prenesejo le in ne popolnoma odpravljeni. Brez učinkovitih kontrolnih ukrepov lahko ti PFA ali njihovi degradacijski izdelki ponovno - vstopijo v okolje in vodne sisteme, kar vodi do ponovne kontaminacije površinske vode in na koncu zahteva sekundarno odstranjevanje z uporabo GAC. V velikem - obdelavi s lestvico se običajno uvedejo dodatni koraki zgorevanja in plin, da se obvladuje pretok plina, sproščenega med postopkom ponovne aktivacije, da se prepreči oddajanje produktov razgradnje. Vendar je težava v skrajni kemični stabilnosti PFA. Znano je, da se PFA lahko popolnoma "zgorejo" in razgradijo pri visokih temperaturah nad 1200 stopinj. Zato je treba dejanski učinek običajnih korakov zgorevanja še vedno treba preveriti.
Poskusi reaktivacije
KWR je v sodelovanju z Univerzo v Bathu v Veliki Britaniji razvil eksperimentalno napravo za reaktiviranje aktiviranega ogljika v nadzorovanih pogojih in sistematično preučeval transformacijsko vedenje PFA. Ta naprava lahko natančno simulira postopek reaktivacije in zagotavlja zanesljivo platformo za oceno učinkovitosti razgradnje PFA in optimizacijo parametrov procesa.
Najprej smo pripravili visoko - koncentracija PFAS "Stock Solution", ki je raztopina, ki vsebuje različne na - in polifluoroalkilne snovi (PFA) pri sorazmerno visoki koncentraciji. V poskusu smo to osnovno raztopino razredčili na zahtevano koncentracijo za naslednje teste.
Za poskus je bil izbran nov zrnat aktivirani ogljik (model TL - 830, Chemviron). Dve seriji aktiviranega ogljika sta bili naloženi s perfluorooktanesulfonsko kislino (PFOS) in perfluorooktanojsko kislino (PFOA). Nato smo koncentracijo PFA v raztopini po nalaganju analizirali s tekočinsko kromatografijo - masna spektrometrija (LC-MS) na Univerzi v Bathu in izračunali obremenitev PFA na aktiviranem ogljiku.
Rezultati so pokazali, da je bilo nalaganje PFOS 81 µg/g aktiviranega ogljika, nalaganje PFOA pa 75 µg/g aktiviranega oglja. V poskusu smo aktivirani ogljik razdelili v skupine po 10 gramov, toplota pa - obdelana v cevni peči s 300 stopinj, 500 stopinj, 700 stopinj in 900 stopinj. Na začetku obdelave smo aktivirani ogljik najprej segreli na 105 stopinj 30 minut, da smo izzvali vlago, ki jo vsebuje, da se prepreči, da bi se mikroporozna struktura aktiviranega ogljika poškodovala zaradi širitve pare med naslednjo visoko temperaturno obdelavo visoke -. Nato smo aktivirani ogljik segreli na ciljno temperaturo. Med celotnim poskusom je bil dušikov plin neprekinjeno uveden v cev za cev, da bi ohranil kisik - brez okolja. Izliv plinskega toka je bil kondenziran skozi hladno past in prečiščen zaporedno skozi dve steklenici za pranje plina.
Po zaključku vsake reaktivacije je bil sistem očiščen, nato pa je bila za nadaljevanje poskusa naložena nova serija aktivnega oglja. Obdelava pod vsakim temperaturnim stanjem smo ponovili dvakrat, da se zagotovi zanesljivost podatkov. Po reaktivaciji smo aktivirani ogljik podvrgli ekstrakcijski analizi, da smo določili vsebnost PFA, ki ostanejo na aktiviranem ogljiku. Rezultati so pokazali, da je bilo mogoče v ekstraktu zaznati PFO in zelo majhno količino PFOA le pod pogojem reaktivacije 300 stopinj. Ko je temperatura dosegla 500 stopinj (skupna temperatura v postopku aktivirane ogljika) in več, na aktiviranem ogljiku ni bilo mogoče zaznati preostalega PFOS ali PFOA.
Post - zdravljenje z reaktivacijo
PFOS
Po reaktivaciji PFOS - naloženo aktivirano ogljik, samo C8F16, perfluorooct-1-ene (m/z 399), kvalitativno odkrijemo v aktiviranem ogljiku, obdelanem na 300 stopinj. Ta komponenta ni bila zaznana v hladilnici ali steklenicah za pranje plina. Po reaktivaciji pri 500 stopinjah (ali več) te snovi ni bilo odkrito v aktiviranem ogljiku, kondenzatu ali steklenicah za pranje plina. Perfluorooct-1-ene je molekularna veriga PFOS brez značilne skupine sulfona. Zaznali so ga tudi v ekstraktu naloženega aktiviranega oglja pred reaktivacijo, ne pa v borzni raztopini. Zato je bila ta snov že prisotna na aktiviranem ogljiku.
PFOA
Po reaktivaciji PFOA - naloženega aktiviranega ogljika ni bilo mogoče najti produktov razgradnje na aktiviranem ogljiku. Vendar so bili v kondenzatih hladnih lovilskih in plinskih pralnih steklenic najdeni različni izdelki za razgradnjo. Izdelki za transformacijo, ki so nastali pri 300 stopinjah in jih najdemo v kondenzatih ali steklenicah za pranje plina, se lahko tvorijo tudi med postopkom temperature, ki se dvigajo na višje vrednosti in se pri hladni pasti kondenzirajo pri nižjih temperaturah. C8HF14O2 (m/z 395), ki je med reaktivacijo "izgubil" en atom fluora, lahko najdemo v kondenzatih in obe steklenici za pranje plina. Ta snov je bila prisotna tudi v osnovni raztopini, vendar je bila po reaktivaciji odstranjena iz aktivnega ogljika.
C5F9 (M/Z 231), C4F7 (M/Z 181), C3F7 (M/Z 169), C3F5 (M/Z 131) in C2F5 (m/z 119) so sekvenčni produkti razgradnje, pri katerih se ogljikovi atomi ali CF2 odtrgajo iz molekularne verige. Zaradi kvalitativnega merjenja produktov razgradnje je nemogoče ugotoviti, ali se njihova vsebina med visoko - temperaturne obdelave povečuje ali zmanjšuje.
Zaključek
Ta študija je preučila reaktivacijo aktiviranega oglja, naloženega s PFOS ali PFOA. Rezultati so pokazali, da so bili po zdravljenju z aktiviranim ogljikom pri temperaturi vsaj 500 stopinj PFO in PFOA popolnoma odstranjeni iz aktiviranega ogljika in bi jih lahko poslabšali. Degradacijski produkt PFOS, C8F16, so našli le na aktiviranem ogljiku, obdelanem pri 300 stopinjah. Poleg tega na aktiviranem ogljiku ali v steklenicah za pranje plina niso zaznali nobenih izdelkov za razgradnjo. Produkte razgradnje PFOA, vključno s C8HF14O2, C5F9, C4F7, C3F7, C3F7 in C2F5, niso bili našli na aktiviranem ogljiku, ampak so bili odkriti v kondenzatu hladne lopute in obeh steklenicah za pranje plina. Signali teh snovi so bili zelo nizki, zato je bilo nemogoče razjasniti postopek zdravljenja pri različnih temperaturah (tj. Ali so nastali le med segrevanjem pri razmeroma nizkih temperaturah ali tudi med obdelavo pri višjih temperaturah). Zdi se, da reaktivacija v anoksičnih pogojih pri temperaturah nad 500 stopinj učinkovito odstrani PFOS in PFOA iz aktivnega oglja, kar je skladno z izjavami proizvajalcev aktivnega oglja. Ugotovljeni izdelki za transformacijo ustrezajo razgradnji poti, opredeljeni v literaturi [3] in [4]. Vendar oblikovanja drugih s - izdelkov ni mogoče izključiti. Meritev fluorida, predlagana v tem prispevku, še ni prinesla končnega masnega ravnovesja PFAS, kar poudarja potrebo po tehnologijah z nižjimi mejami zaznavanja. Reaktivacija je učinkovita metoda za odstranjevanje PFA iz aktivnega ogljika, toda več PFA -jev, ki jih je treba odstraniti, so potrebni več ciklov reaktivacije. To pomeni tudi povečan prevoz, porabo energije in porabo surovin ter zmanjšano sposobnost čiščenja. Povečala bo tudi ogljikov odtis proizvodnje pitne vode. Čista voda je dragocena, vendar sredstva za pridobitev z visokimi stroški.
Pošlji povpraševanje